A röntgensugárzás a nagy energiájú elektromágneses sugárzás áthatoló formája. A legtöbb röntgensugár hullámhossza 10 pikométer és 10 nanométer között van, ami a 30 petahertz és 30 exahertz (3 × 1016 Hz – 3 × 1019 Hz) tartományban lévő frekvenciáknak és a 145 eV (elektronvolt) és 124 keV közötti energiáknak felel meg. A röntgensugárzás hullámhossza rövidebb, mint az UV-sugárzásé, és jellemzően hosszabb, mint a gamma-sugárzásé. Sok nyelven Röntgen-sugárzásnak nevezik, Wilhelm Conrad Röntgen német tudós után, aki 1895. november 8-án fedezte fel. A röntgensugarak legismertebb alkalmazása a törések (csonttörések) ellenőrzése, de a röntgensugarakat más módon is alkalmazzák. Például a mellkas röntgenfelvételei tüdőgyulladást észlelhetnek. A mammográfiák röntgensugarak segítségével keresik a mellrákot.

1895-ös felfedezése előtt a röntgensugárzás csak egyfajta azonosítatlan sugárzás volt, amely kísérleti kisülési csövekből származott. Az ilyen csövek által keltett katódsugarakat vizsgáló tudósok vették észre, amelyek energikus elektronsugarak, amelyeket először 1869-ben figyeltek meg. A korai Crookes-csövek (1875 körül) kétségtelenül röntgensugarakat sugároztak. A Crookes-csövek szabad elektronokat hoztak létre a csőben lévő maradék levegő nagy egyenfeszültséggel, néhány kilovolt és 100 kV közötti ionizálásával. Ez a feszültség elég nagy sebességre gyorsította fel a katódról érkező elektronokat ahhoz, hogy röntgensugarakat hozzanak létre, amikor az anódnak vagy a cső üvegfalának ütköztek.

A legkorábbi kísérletező, akiről úgy gondolták, hogy (tudatlanul) röntgensugarakat produkált, William Morgan volt. 1785-ben bemutatott egy tanulmányt a Londoni Királyi Társaságnak, amelyben leírja, milyen hatásai vannak annak, ha elektromos áramot vezetnek át egy részben kiürített üvegcsövön, ami röntgensugárzás által keltett fényt hoz létre. Ezt a munkát Humphry Davy és asszisztense, Michael Faraday vizsgálta tovább.

Amikor a Stanford Egyetem fizikaprofesszora, Fernando Sanford megalkotta “elektromos fényképezését”, tudtán kívül röntgensugarakat is generált és észlelt. 1886-tól 1888-ig a berlini Hermann von Helmholtz laboratóriumban tanult, ahol megismerkedett a vákuumcsövekben keletkező katódsugarakkal, amikor külön elektródákra feszültséget kapcsoltak, amint azt korábban Heinrich Hertz és Philipp Lenard tanulmányozta. 1893. január 6-án kelt levelét (amely felfedezését “elektromos fényképezésként” írja le) a The Physical Review-nak megfelelően közzétették, és a San Francisco Examiner-ben megjelent egy cikk Lencse vagy fény nélkül, lemezzel és tárggyal készített fényképek a sötétben címmel.

1888-tól kezdődően Philipp Lenard kísérleteket végzett annak kiderítésére, hogy a katódsugarak kijutnak-e a Crookes-csőből a levegőbe. Épített egy Crookes csövet, amelynek végén vékony alumíniumból készült “ablak” volt, a katód felé nézve, hogy a katódsugarak nekicsapódjanak (később “Lenard-csőnek” nevezték). Úgy találta, hogy valami bejött, ami exponálja a fotólemezeket és fluoreszcenciát okoz. Különböző anyagokon keresztül mérte ezeknek a sugaraknak a behatoló erejét. Feltételezik, hogy ezeknek a “Lenard-sugaraknak” legalább egy része valójában röntgensugárzás volt.

1889-ben az ukrán származású Ivan Puluj, a Prágai Műszaki Egyetem kísérleti fizika oktatója, aki 1877 óta konstruált különféle gázzal töltött csöveket, hogy megvizsgálja azok tulajdonságait, publikált egy tanulmányt arról, hogy a lezárt fényképezőlapok hogyan sötétednek el, amikor ki vannak téve a csövek kisugárzásának.

Helmholtz matematikai egyenleteket fogalmazott meg a röntgensugárzásra. Röntgen felfedezése és bejelentése előtt diszperzióelméletet feltételezett. A fény elektromágneses elméletére alapozta. Azonban nem dolgozott tényleges röntgensugárzással.

1894-ben Nikola Tesla észlelt egy sérült filmet a laboratóriumában, amely a Crookes-csöves kísérletekhez kapcsolódik, és elkezdte vizsgálni ezt a láthatatlan, sugárzó energiát. Miután Röntgen azonosította a röntgensugarat, Tesla elkezdett saját röntgenfelvételeket készíteni nagyfeszültségű és saját tervezésű csövekkel, valamint Crookes-csövekkel.

1895. november 8-án Wilhelm Röntgen német fizikaprofesszor Lenard-csövekkel és Crookes-csövekkel végzett kísérletezés közben röntgensugárzásba botlott, és elkezdte tanulmányozni azokat. Írt egy kezdeti jelentést “Az új típusú sugárról: Előzetes közlés” címmel és 1895. december 28-án benyújtotta a würzburgi Physical-Medical Society folyóiratnak. Ez volt az első tanulmány, amelyet a röntgensugárzásról írtak. Röntgen a sugárzást “X”-nek nevezte, jelezve, azért mert egy ismeretlen típusú sugárzásról van szó. Egyes korai szövegek Chi-sugarakként emlegetik őket, mivel az “X”-et a görög Chi, Χ nagybetűként értelmezték. A X-sugárzás elnevezés megragadt, bár sok kollégája javasolta, hogy Röntgen-sugárzásnak hívják őket. Sok nyelven még mindig így emlegetik őket, köztük német, magyar, ukrán, dán, lengyel, bolgár, svéd, finn, észt, szlovén, török, orosz, lett, litván, japán, holland, grúz, héber és norvég nyelven. Röntgen felfedezéséért megkapta az első fizikai Nobel-díjat 1901-ben.

1895-ben a Würzburgi Egyetem Fizikai Intézetében található laboratóriumában Röntgen a különféle típusú vákuumcsöves berendezések – Heinrich Hertz, Johann Hittorf, William Crookes, Nikola Tesla és Philipp von Lenard készülékei – által okozott külső hatásokat vizsgálta, amikor elektromos kisülés halad át rajtuk. November elején megismételt egy kísérletet Lenard egyik csövével, amelyben egy vékony alumínium ablakot helyeztek el, hogy a katódsugarak kiléphessenek a csőből, de egy karton burkolatot adtak hozzá, hogy megvédjék az alumíniumot a katódsugarakat kibocsátó erős elektrosztatikus tér által okozott sérülésektől. Röntgen tudta, hogy a kartonborítás megakadályozza a fény kiszökését, mégis megfigyelte, hogy a láthatatlan katódsugarak fluoreszkáló hatást keltenek egy bárium-platinocianiddal festett kisméretű karton képernyőn, amikor az alumínium ablakhoz közel helyezték el. Röntgennek feltűnt, hogy a Lenard-csőnél jóval vastagabb üvegfalú Crookes–Hittorf cső is okozhatja ezt a fluoreszkáló hatást.

1896. november 8-án késő délután Röntgen elhatározta, hogy kipróbálja ötletét. Gondosan megszerkesztett egy fekete kartonborítást, amely hasonló ahhoz, amit a Lenard-csőnél használt. Letakarta a Crookes–Hittorf csövet a kartonnal, és elektródákat rögzített egy Ruhmkorff tekercshez, hogy elektrosztatikus töltést generáljon. Mielőtt felállította volna a bárium-platinocianid szitát, hogy tesztelje ötletét, Röntgen elsötétítette a helyiséget, hogy tesztelje kartonborítójának átlátszatlanságát. Amikor átvezette a Ruhmkorff tekercs töltetét a csövön, megállapította, hogy a fedél fényálló, és megfordította, hogy előkészítse a kísérlet következő lépését. Röntgen ekkor észlelt egy halk csillogást a csőtől néhány méterre lévő padról. Az biztos, hogy kipróbált még több kisütést, és minden alkalommal ugyanazt a csillogást látta. Gyufát talált, és felfedezte, hogy a csillogás a bárium-platinocianid szita helyéről származik, amelyet legközelebb használni kívánt.
Röntgen arra gondolt, hogy egy újfajta sugár lehet a felelős. November 8-a péntek volt, ezért kihasználta a hétvégét, hogy megismételje kísérleteit, és elkészítette első feljegyzéseit. A következő hetekben evett és aludt a laboratóriumában, miközben az általa ideiglenesen “röntgensugaraknak” nevezett új sugarak számos tulajdonságát vizsgálta, a matematikai megjelölést (“X”) használva az ismeretlenre.
Egy ponton, miközben azt vizsgálta, hogy különböző anyagok képesek-e megállítani a sugarakat, Röntgen egy kis ólomdarabot hozott a helyére, miközben kisülés történt. Röntgen így látta meg az első radiográfiai képet: saját villogó kísérteties csontvázát a bárium-platinocianid képernyőn. Később beszámolt arról, hogy ezen a ponton döntött úgy, hogy titokban folytatja kísérleteit, féltve szakmai hírnevét, ha megfigyelései tévednek.

Két hónappal az első felfedezése után publikálta tanulmányát. Röntgen akkor fedezte fel gyógyászati felhasználásukat, amikor a röntgensugárzás hatására képződött fényképezőlapra felvette felesége kezét. A felesége kezéről készült fénykép volt az első olyan fénykép, amelyen egy emberi testrész röntgensugárzással készült. Amikor meglátta a képet, azt mondta: “Láttam a halálomat.”

A röntgensugarak felfedezése valódi szenzációt váltott ki. Röntgen életrajzírója, Otto Glasser becslése szerint csak 1896-ban 49 esszé és 1044 cikk jelent meg az új sugarakról. Ez valószínűleg óvatos becslés volt, ha figyelembe vesszük, hogy a világ szinte minden lapja széles körben beszámolt az új felfedezésről, és egy magazin, például a Science 23 cikket szentelt neki ebben az évben. Az új felfedezésre adott szenzációhajhász reakciók között szerepeltek olyan publikációk, amelyek az új típusú sugarakat okkult és paranormális elméletekkel, például a telepátiával kapcsolták össze.

Röntgen azonnal észrevette, hogy a röntgensugarak orvosi felhasználásra is alkalmasak lehetnek. A Physical-Medical Society december 28-i beadványával együtt levelet küldött az általa ismert orvosoknak Európa szerte. A hírek gyorsan elterjedtek: Alan Archibald Campbell-Swinton skót villamosmérnök Röntgen után elsőként készített röntgenfelvételt (egy kézről). Februárig csak Észak-Amerikában 46 kísérletező alkalmazta a technikát.

Klinikai körülmények között először John Hall-Edwards használta a röntgensugarakat Birminghamben, Angliában 1896. január 11-én, amikor egy munkatársa kezébe szúrt tűről röntgenfelvételt készített. 1896. február 14-én Hall-Edwards volt az első, aki röntgensugarakat alkalmazott sebészeti műtét során.

1896 elején, néhány héttel Röntgen felfedezése után, Ivan Romanovics Tarhanov röntgensugárzással sugározta be a békákat és a rovarokat, és arra a következtetésre jutott, hogy a sugarak „nemcsak fényképeznek, hanem az életfunkciókra is hatással vannak”. Körülbelül ugyanebben az időben James Green zoológiai illusztrátor röntgensugárzást kezdett használni törékeny példányok vizsgálatára. George Albert Boulenger először 1896 májusában említette ezt a munkát a londoni állattani társaság előtt. A könyv Sciagraphs of British Batrachians and Reptiles (sciagraph a röntgenfelvételek elavult neve), Green és James H. A Gardiner Boulenger előszavával 1897-ben jelent meg.

Az Egyesült Államokban készült első orvosi röntgenfelvételt Pului tervezésű kisülési csövével készítették. 1896 januárjában, amikor elolvasta Röntgen felfedezését, Frank Austin, a Dartmouth College-ból megvizsgálta az összes kisülési csövet a fizikai laboratóriumban, és megállapította, hogy csak a Pului cső bocsát ki röntgensugarakat. Ez annak köszönhető, hogy Pului egy ferde csillám „célpontot” helyezett be, amelyet a fluoreszcens anyag mintáinak a csőbe való tartására használtak. 1896. február 3-án Gilman Frost, a főiskola orvosprofesszora és testvére, Edwin Frost fizikaprofesszor röntgensugárzásnak tették ki Eddie McCarthy csuklóját, akit Gilman néhány héttel korábban kezelt törés miatt. A törött csont keletkezett képét zselatin fotólemezekre gyűjtötte, amelyet Howard Langilltól, egy helyi fotóstól kapott, aki szintén érdeklődött Röntgen munkái iránt.

Sok kísérletező, köztük magát Röntgent is eredeti kísérleteiben, módszereket talált ki a röntgenképek “élő” megtekintésére valamilyen lumineszcens képernyő segítségével. Röntgen bárium-platinocianiddal bevont szitát használt. 1896. február 5-én élő képalkotó eszközöket fejlesztett ki Enrico Salvioni olasz tudós (“kriptoszkóp”) és McGie, a Princetoni Egyetem professzora (“Skiascope”), mindkettő bárium-platinocianid felhasználásával. Thomas Edison amerikai feltaláló nem sokkal Röntgen felfedezése után kutatásba kezdett, és megvizsgálta az anyagok röntgensugárzás hatására fluoreszkáló képességét, és megállapította, hogy a kalcium-volframát a leghatékonyabb anyag. 1896 májusában kifejlesztette az első sorozatgyártású élő képalkotó készüléket, a “Vitascope”-ját, amelyet később fluoroszkópnak neveztek, és amely az orvosi röntgenvizsgálatok szabványává vált. Edison 1903 körül, Clarence Madison Dally, egyik üvegfúvója halála előtt abbahagyta a röntgenkutatást. Dallynak megvolt a szokása, hogy a saját kezén tesztelte a röntgencsöveket, és olyan szívós rák alakult ki bennük, hogy mindkét karját amputálták, hogy megmentsék az életét; 1904-ben ő lett az első ismert haláleset, amelyet röntgensugárzásnak tulajdonítottak. Mihajlo Pupin szerb amerikai fizikus a fluoroszkóp fejlesztése során az Edison által kifejlesztett kalcium-volframát képernyő segítségével megállapította, hogy a fluoreszcens képernyő használatával az orvosi képalkotáshoz szükséges röntgenfelvétel elkészítéséhez szükséges expozíciós idő egy óráról néhány percre csökkent.

Az 1895-ös, tudósok, orvosok és feltalálók által a röntgensugárzással végzett széleskörű kísérletezéssel számos égési sérülésről, hajhullásról és még rosszabb esetekről szóló történet jelent meg az akkori műszaki folyóiratokban. 1896 februárjában John Daniel professzor és Dr. William Lofland Dudley, a Vanderbilt Egyetem munkatársa hajhullásról számolt be, miután Dr. Dudley-t megröntgenezték. Egy fejbe lőtt gyermeket 1896-ban hoztak a Vanderbilt laboratóriumba. Mielőtt megpróbálták megtalálni a golyót, kísérletet tettek, amelyhez Dudley “a tudomány iránti jellegzetes elhivatottságával”önként jelentkezett. Daniel arról számolt be, hogy 21 nappal Dudley koponyájának fényképezése után (egy órás expozíciós idővel) egy 5 centiméter (2 hüvelyk) átmérőjű kopasz foltot vett észre a fejének a röntgencsőhöz legközelebbi részén: “A tányértartót a lemezekkel a koponya oldala felé rögzítettek, és a koponya és a fej közé egy érmét helyeztek. A másik oldalon a csövet a hajtól 1,3 cm távolságra rögzítették.”

1896 augusztusában Dr. HD. Hawks, a Columbia College-ban végzett, súlyos kéz- és mellkasi égési sérüléseket szenvedett egy röntgenbemutató során. Az Electrical Review beszámolt róla, és sok más, a röntgensugárzással kapcsolatos problémákról szóló jelentést is elküldtek a kiadványhoz. Számos kísérletező, köztük Elihu Thomson az Edison laboratóriumában, William J. Morton és Nikola Tesla szintén égési sérülésekről számolt be. Elihu Thomson szándékosan tette ki az ujját egy röntgencsőnek egy ideig, és fájdalmat, duzzanatot és hólyagosodást szenvedett. A károkért néha más hatásokat is okoltak, köztük az ultraibolya sugarakat és (Tesla szerint) az ózont. Sok orvos azt állította, hogy a röntgensugárzásnak egyáltalán nincs hatása. 1905. augusztus 3-án a kaliforniai San Franciscóban Elizabeth Fleischman, az amerikai röntgensugarak úttörője meghalt a röntgensugárzással végzett munkája következtében fellépő szövődményekben.

Hall-Edwardnál egy rákos megbetegedés (akkoriban röntgensugaras dermatitisz) fejlődött ki, amely 1904-re már kellően előrehaladott állapotban volt ahhoz, hogy dolgozatokat írjon és nyilvános beszédeket mondjon a röntgensugárzás veszélyeiről. Elvesztette személyes csatáját, és bal karját könyökénél amputálni kellett 1908-ban, majd nem sokkal ezután a jobb karján négy ujját, csak egy hüvelykujj maradt meg. 1926-ban rákban halt meg. Bal kezét a Birminghami Egyetemen tartják.

A röntgensugarak számos alkalmazása azonnal óriási érdeklődést váltott ki. A műhelyek megkezdték a Crookes-csövek speciális változatainak gyártását röntgensugárzás előállítására, és ezeket az első generációs hidegkatódos vagy Crookes-röntgencsöveket körülbelül 1920-ig használták.

1901-ben Röntgen megkapta az első fizikai Nobel-díjat. A kitüntetést hivatalosan „a rendkívüli szolgálatok elismeréseként kapta, amelyeket a később róla elnevezett figyelemre méltó sugarak felfedezésével tett”. Röntgen Nobel-díjának 50 000 svéd koronás jutalmát egyeteme, a Würzburgi Egyetem kutatására ajánlotta fel. Marie és Pierre Curie-hez hasonlóan Röntgen is megtagadta a röntgensugarak felfedezésével kapcsolatos szabadalmak felvételét, mivel azt akarta, hogy a társadalom egésze profitáljon a jelenség gyakorlati alkalmazásaiból.

Előző cikkInzulin felfedezése
Következő cikkA radioaktivitás, a polónium és a rádium felfedezése