एक्स-रे
(X-Ray)
खोज इतिहास
एक्स-रे के
खोजकर्ता का श्रेय आम तौर पर जर्मन भौतिकशास्त्री विल्हेम रॉन्टगन को दिया जाता है
क्योंकि उन्होंने ही सबसे पहले व्यवस्थित रूप में इनका अध्ययन किया था, हालांकि इनके प्रभावों को देखने वाले वह पहले व्यक्ति
नहीं हैं। "एक्स-रे" के रूप में उनका नामकरण भी उन्होंने ही किया है,
हालांकि उनकी खोज के बाद कई दशकों तक कुछ लोग उन्हें "रॉन्टगन
किरणों" के रूप में संदर्भित करते थे।
पहली बार नलियों
में निर्मित कैथोड किरणों अर्थात् ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन पुंजों की छानबीन करने वाले
वैज्ञानिकों ने 1875 के आसपास क्रूक्स नली नामक प्रयोगात्मक विसर्जन नलियों से
एक्स-रे को निकलते हुए देखा था। क्रूक्स नलियां, कुछ किलोवोल्ट और 100 केवी (kV) के बीच कहीं भी एक
उच्च डीसी (DC) वोल्टेज द्वारा नली में अवशिष्ट हवा के
आयनीकरण के द्वारा मुक्त इलेक्ट्रॉनों का निर्माण करती थीं। यह वोल्टेज काफी उच्च
वेग से कैथोड से आते हुए इलेक्ट्रॉनों की गति को बढ़ा देते थे जिससे वे नली की
कांच की दीवार या एनोड से टकराते समय एक्स-रे का निर्माण करते थे। कई आरंभिक
क्रूक्स नलियां बेशक एक्स-रे को विकीर्ण करती थीं, क्योंकि
आरंभिक शोधकर्ताओं ने उन प्रभावों को देखा था जिनका श्रेय उन्हें दिया जा सकता था,
जिसका विस्तृत विवरण नीचे दिया गया है। विल्हेम रॉन्टगन ने ही सबसे
पहले 1895 में उनका व्यवस्थित रूप से अध्ययन किया था।
इवान पुल्युई, विलियम क्रूक्स, जोहान विल्हेम
हिटोर्फ़, यूजेन गोल्डस्टीन, हेनरिच
हर्ट्ज़, फिलिप लेनार्ड, हर्मन वॉन
हेल्महोल्ट्ज़, निकोला टेस्ला, थॉमस
एडिसन, चार्ल्स ग्लोवर बार्क्ला, मैक्स
वॉन लौए और विल्हेम कॉनरैड रॉन्टगन की गिनती एक्स-रे के प्रमुख आरंभिक शोधकर्ताओं
में की जाती है।
जोहान हिटोर्फ़
क्रूक्स नली के
एक सह-आविष्कारक और आरंभिक शोधकर्ता के रूप में जाने जाने वाले जर्मन
भौतिकशास्त्री जोहान हिटोर्फ़ (1824–1914)
ने जब नली के पास अनावृत फोटोग्राफिक प्लेटों को रखा, तब
उन्होंने देखा कि छाया द्वारा उनमें से कुछ प्लेटों में दरारें पड़ गईं, हालांकि उन्होंने इस प्रभाव की छानबीन नहीं की।
इवान पुल्युई
यूक्रेन में
जन्मे और यूनिवर्सिटी ऑफ विएना में प्रयोगात्मक भौतिकी के व्याख्याता के रूप में
कार्यरत पुल्युई ने वैक्यूम डिस्चार्ज ट्यूब के गुणों की जांच करने के लिये उनके
अनेक डिज़ाइन तैयार किए। प्राग पॉलीटेक्नीक में प्रोफेसर के पद पर हुई नियुक्ति के
बाद भी उन्होंने अपना कार्य जारी रखा और 1886 में उन्होंने देखा कि नलियों से
निकलने वाले पदार्थों के सामने आने पर सील्ड फोटोग्राफिक प्लेट्स डार्क हो गए।
1896 के आरंभिक दौर में, रॉन्टगन द्वारा अपनी
पहली एक्स-रे तस्वीर प्रकाशित करने के बस कुछ सप्ताह बाद, पुल्युई
ने पेरिस और लन्दन की पत्रिकाओं में उच्च-गुणवत्ता वाले एक्स-रे चित्रों को
प्रकाशित किया। हालांकि पुल्युई ने वर्ष 1873 से 1875 तक स्ट्रासबर्ग
विश्वविद्यालय में रॉन्टगन के साथ अध्ययन किया था, लेकिन
उनके जीवनी लेखक गाइडा (1997) का दावा है कि उनका परवर्ती शोध स्वतंत्र रूप से
किया गया था।
निकोला टेस्ला
अप्रैल 1887 में, निकोला टेस्ला ने उच्च वोल्टेज और खुद डिजाइन की गई
नलियों के साथ-साथ क्रूक्स नलियों का उपयोग करके एक्स-रे की जांच करनी शुरू की।
उनके तकनीकी प्रकाशनों से इस बात का संकेत मिलता है कि उन्होंने एक विशेष एकल
इलेक्ट्रोड एक्स-रे नली का आविष्कार और विकास किया था जो अन्य एक्स-रे नलियों से
अलग थी जिनमें कोई लक्ष्य इलेक्ट्रोड नहीं होता था। टेस्ला के उपकरण के पीछे के
सिद्धांत को ब्रेम्सस्ट्रॉलंग प्रक्रिया के नाम से जाना जाता है, जिसमें पदार्थ से होते हुए आवेशित कणों (जैसे - इलेक्ट्रॉन) के गुजरने पर
एक उच्च-ऊर्जा द्वितीयक एक्स-रे उत्सर्जन की उत्पत्ति होती है। 1892 तक टेस्ला ने
ऐसे कई प्रयोग किए, लेकिन उन्होंने इन उत्सर्जनों को
वर्गीकृत नहीं किया जिन्हें बाद में एक्स-रे के नाम से जाना गया। टेस्ला ने इस
घटना को "अदृश्य" प्रकार की विकिरण ऊर्जा के रूप में सामान्यीकृत किया।
टेस्ला ने न्यूयॉर्क ऐकडमी ऑफ़ साइंसेस के सामने अपने 1897 के एक्स-रे व्याख्यान
में विभिन्न प्रयोगों के विषय में अपने तरीकों के तथ्यों का वर्णन किया। इसके
अलावा इसी व्याख्यान में टेस्ला ने एक्स-रे उपकरण के निर्माण और सुरक्षित संचालन
की विधि का वर्णन किया। वैक्यूम उच्च क्षेत्र उत्सर्जन द्वारा उनके एक्स-रे प्रयोग
के माध्यम से उन्होंने एक्स-रे अनावरण से जुड़े जैविक खतरों से वैज्ञानिक समुदाय
को सचेत भी किया।
फर्नांडो
सैनफोर्ड
स्टैनफोर्ड
विश्वविद्यालय के भौतिकी के बुनियादी प्रोफ़ेसर फर्नांडो सैनफोर्ड (1854–1948) ने 1891 में एक्स-रे को उत्पन्न किया और उनका
पता लगाया. 1886 से 1888 तक उन्होंने बर्लिन की हर्मन हेल्महोल्ट्ज़ प्रयोगशाला
में अध्ययन किया था, जहां वे वैक्यूम नलियों में उत्पन्न
होने वाले कैथोड किरणों से परिचित हुए जब अलग-अलग इलेक्ट्रोड से एक वोल्टेज
प्रवाहित किया गया जैसा कि हेनरिच हर्ट्ज़ और फिलिप लेनार्ड ने इसके पहले इसका
अध्ययन किया था। द फिज़िकल रिव्यू को 6 जनवरी 1893 को लिखे गए उनके पत्र को विधिवत
प्रकाशित किया गया (जिसमें उन्होंने "इलेक्ट्रिक फोटोग्राफी" के रूप में
अपनी खोज का वर्णन किया था) और सैन फ्रांसिस्को इग्ज़ैमनर में विदाउट लेंस ऑर लाईट,
फोटोग्राफ्स टेकेन विथ प्लेट एण्ड ऑब्जेक्ट इन डार्कनेस (Without
Lens or Light, Photographs Taken With Plate and Object in Darkness) नामक एक लेख छपा गया।
फिलिप लेनार्ड
हेनरिच हर्ट्ज़
का फिलिप लेनार्ड नामक एक छात्र यह देखना चाहता था कि कैथोड किरणें, हवा में क्रूक्स नली से होकर गुजर सकती हैं या नहीं।
उसने एक क्रूक्स नली (जिसे बाद में "लेनार्ड नली" के नाम से जाना गया)
का निर्माण किया जिसके अंत में एक "खिड़की" थी जो पतली एल्यूमीनियम से
बनी हुई थी जिसके सामने का हिस्सा कैथोड की तरफ था ताकि कैथोड किरणें इससे टकरा
सके। उन्होंने देखा कि उसमें से कुछ निकला जिसके फोटोग्राफिक प्लेटों के प्रति
अनावृत की वजह से प्रतिदीप्ति उत्पन्न हुई। उन्होंने विभिन्न पदार्थों के माध्यम
से इन किरणों की भेदन शक्ति को मापा. इससे यह सूचना मिली है कि इनमें से कम से कम
कुछ "लेनार्ड किरणें" वास्तव में एक्स-रे थीं। हर्मन वॉन हेल्महोल्ट्ज़
ने एक्स-रे के गणितीय समीकरणों को सूत्रबद्ध किया। रॉन्टगन की खोज और घोषणा से
पहले उन्होंने एक प्रकीर्णन सिद्धांत की कल्पना की। इसे प्रकाश के विद्युत्
चुम्बकीय सिद्धांत के आधार पर तैयार किया गया था। हालांकि, उन्होंने
वास्तविक एक्स-रे के साथ काम नहीं किया।
विल्हेम रॉन्टगन
8 नवम्बर 1895
को लेनार्ड और क्रूक्स नलियों के साथ प्रयोग करते समय जर्मन भौतिकी प्रोफेसर
विल्हेम रॉन्टगन का सामना एक्स-रे से हुआ और उन्होंने इन पर अध्ययन करना शुरू कर दिया।
उन्होंने "ऑन ए न्यू काइंड ऑफ़ रे: ए प्रिलिमिनरी कम्युनिकेशन (On a new kind of ray: A preliminary communication) " नामक एक आरंभिक रिपोर्ट तैयार किया और 28 दिसम्बर 1895 को उन्होंने इस
रिपोर्ट को वुर्ज़बर्ग के फिज़िकल-मेडिकल सोसाइटी पत्रिका को सौंप दिया। एक्स-रे
पर लिखा गया यह पहला शोध-पत्र था। रॉन्टगन ने यह सूचित करने के लिए विकिरण को
"एक्स" के रूप में संदर्भित किया कि यह एक अज्ञात प्रकार का विकिरण था।
यह नाम इससे जुड़ गया, हालांकि (रॉन्टगन की आपत्तियों के
बावजूद) उनके कई सहयोगियों ने उन किरणों का नामकरण रॉन्टगन किरणों के रूप में करने
का सुझाव दिया था। उन्हें अभी भी जर्मन सहित कई भाषाओं में इसी तरह के नाम से
संदर्भित किया जाता है। रॉन्टगन को अपनी खोज के लिए भौतिकी में प्रथम नोबेल
पुरस्कार प्राप्त हुआ।
उनकी खोज के
विवरणों को लेकर काफी मतभेद हैं क्योंकि रॉन्टगन अपनी मौत के समय अपने लैब नोट्स
जला दिए थे, लेकिन यह उनके जीवनी लेखकों की
मनगढ़ंत कहानी हो सकती है रॉन्टगन, एक क्रूक्स नली और बेरियम
प्लेटिनोसायनाइड से पेंट किए गए एक प्रतिदीप्त परदे के साथ कैथोड किरणों की छानबीन
में लगे हुए थे जिसे उन्होंने एक काले कर्बोर्ड में लपेट दिया था ताकि नली से
निकलने वाली दृश्य रोशनी कोई हस्तक्षेप न करे. उन्होंने लगभग 1 मीटर दूरी पर परदे
से एक धुंधली हरी चमक निकलती हुई देखी. उन्हें लगा कि नली से आने वाली कुछ अदृश्य
किरणें कार्डबोर्ड से होकर गुजर रही थी जिससे परदा चमकने लगा था। उन्होंने पाया कि
वे उनकी मेज पर रखी किताबों और कागजों से होकर भी गुजर सकती थी। रॉन्टगन ने तुरंत
व्यवस्थित रूप से इन अज्ञात किरणों की छानबीन शुरू कर दी। अपनी प्रारंभिक खोज के
दो महीने बाद, उन्होंने अपना शोध-पत्र प्रकाशित किया।
रॉन्टगन ने एक
फोटोग्राफिक प्लेट पर एक्स-रे की वजह से बनी अपनी पत्नी के हाथ की तस्वीर को देखकर
इसके चिकित्सीय उपयोग की खोज की। उनकी पत्नी के हाथ की तस्वीर, एक्स-रे के इस्तेमाल से बनी मानव शरीर के किसी भी अंग
की अब तक की पहली तस्वीर थी।
थॉमस एडीसन
1895 में, थॉमस एडीसन ने एक्स-रे के सामने आने पर पदार्थों के
प्रतिदीप्त होने की क्षमता की जांच की और कैल्शियम टंगस्टेट को इनमें से सबसे अधिक
प्रभावशाली पदार्थ पाया। मार्च 1896 के आसपास, उनके द्वारा
विकसित किया गया फ्लुओरोस्कोप, चिकित्सीय एक्स-रे के
परीक्षणों के लिए एक मानक बन गया। फिर भी, एडीसन ने
क्लेयरेंस मैडिसन डाली नामक अपने एक ग्लासब्लोवर की मौत के बाद 1903 के आसपास
एक्स-रे अनुसन्धान को बंद कर दिया। डाली को अपने हाथों पर एक्स-रे नलियों का
परीक्षण करने की आदत थी जिसकी वजह से उनके हाथों में इतना घातक कैंसर हो गया था कि
उसकी जान बचाने के व्यर्थ प्रयास में उनके दोनों हाथ काटने पड़े. न्यूयॉर्क के
बफैलो में 1901 पैन-अमेरिकन एक्सपॉज़ीशन में एक हत्यारे ने एक .32 कैलिबर रिवॉल्वर
से काफी नजदीक से राष्ट्रपति विलियम मैककिनले पर दो बार गोली चलाई. पहली गोली
निकाल ली गई थी, लेकिन दूसरी गोली उनके पेट में कहीं घुसी रह
गई थी। मैककिनले कुछ समय के लिए जीवित थे और उनके अनुरोध पर थॉमस एडिसन "उस
खोई हुई गोली का पता लगाने के लिए एक एक्स-रे मशीन लेकर बफैलो पहुंच गए। यह मशीन
वहां पहुंच तो गई लेकिन इसका इस्तेमाल नहीं किया जा सका ... क्योंकि जीवाणुजनित
संक्रमण की वजह से हुए सेप्टिक के कारण मैककिनले की मौत हो गई थी।"
फ्रैंक ऑस्टिन
और फ्रॉस्ट ब्रदर्स
संयुक्त राज्य
अमेरिका में निर्मित प्रथम चिकित्सीय एक्स-रे को पुल्युई की डिजाइन वाली एक
विसर्जन नली का उपयोग करके प्राप्त किया गया था। रॉन्टगन की खोज को पढने के बाद
जनवरी 1896 में डार्टमाउथ कॉलेज के फ्रैंक ऑस्टिन ने भौतिकी प्रयोगशाला में सभी
विसर्जन नलियों का परीक्षण किया जिसमें से केवल पुल्युई नली से एक्स-रे की
उत्पत्ति हुई थी। यह नली के भीतर, प्रतिदीप्त पदार्थ के
धारित नमूनों के इस्तेमाल किए जाने वाले अभ्रक के एक तिर्यक "लक्ष्य" के
पुल्युई के अंतर्वेशन का एक परिणाम था। 3 फ़रवरी 1896 को गिलमैन फ्रॉस्ट, कॉलेज में मेडिसिन के प्रोफ़ेसर और उनके भाई एडविन फ्रॉस्ट, भौतिकी के प्रोफ़ेसर, ने एडविन द्वारा कुछ सप्ताह
पहले एक फ्रैक्चर के लिए इलाज किए गए एडी मैककार्थी की कलाई को एक्स-रे के सामने
अनावृत किया और रॉन्टगन के कार्य में भी दिलचस्पी लेने वाले हॉवर्ड लैंगिल नामक एक
स्थानीय फोटोग्राफर से प्राप्त जेलाटिन फोटोग्राफिक प्लेटों पर टूटी अस्थि के
परिणाम चित्र को एकत्र किया।
20वीं सदी और
उसके बाद
एक्स-रे के कई
अनुप्रयागों ने तुरंत काफी दिलचस्पी पैदा की। कार्यशालाओं में एक्स-रे को उत्पन्न
करने के लिए क्रूक्स नलियों के विशिष्ट संस्करणों का निर्माण होने लगा और लगभग
1920 तक इन पहली पीढ़ी के ठन्डे कैथोड या क्रूक्स एक्स-रे नलियों का इस्तेमाल होता
रहा।
क्रूक्स नलियों
पर निर्भर नहीं रहा जा सकता था। उनमें बहुत कम मात्रा में गैस (एक सी हवा) रखनी
पड़ती थी क्योंकि पूरी तरह खाली नली में धारा प्रवाहित नहीं होगी। हालांकि समय
बीतने के साथ एक्स-रे की वजह से कांच में गैस को अवशोषित करने की क्षमता आ गई
जिसकी वजह से नली से "अधिक दृढ" एक्स-रे तब तक उत्पन्न होती रही, जब तक कि बहुत जल्द ही उन्होंने कार्य करना बंद नहीं
कर दिया। हवा को बहाल करने के लिए उपकरणों के साथ अपेक्षाकृत बड़ी और कई बार
इस्तेमाल होनी वालीनलियां प्रदान की गईं थीं, जिन्हें
"सॉफ्टनर्स" के नाम से जाना जाता था। ये अक्सर एक छोटी पक्षीय नली का
रूप धारण कर लेतीं थीं, जिसमें अभ्रक का एक छोटा सा टुकड़ा
होता था: जो एक ऐसा पदार्थ है जो अपनी संरचना के भीतर तुलनात्मक रूप से बहुत बड़ी
मात्रा में हवा को जकड़ लेता है। एक छोटा सा विद्युतीय हीटर अभ्रक को गर्म करता था
और इसकी वजह से हवा की एक छोटी सी मात्रा मुक्त होती थी, इस
प्रकार यह नली की क्षमता को बहाल करता था। हालांकि अभ्रक की जीवन काल बहुत सीमित
था और बहाली प्रक्रिया को नियंत्रित करना काफी मुश्किल था।
1904 में, जॉन एम्ब्रोस फ्लेमिंग ने थर्मियोनिक डायोड वाल्व
(वैक्यूम ट्यूब) का आविष्कार किया। यह एक गर्म कैथोड का इस्तेमाल करता था जो धारा
को एक वैक्यूम में प्रवाहित होने की अनुमति देता था। इस विचार को बहुत जल्द
एक्स-रे नलियों और कूलिज नलियों के नाम से जाने जाने वाले गर्म कैथोड एक्स-रे
नलियों में लागू किया गया जिसने लगभग 1920 तक परेशानी पैदा करने वाली ठंडी कैथोड
नलियों की जगह ले ली।
दो साल बाद, भौतिकशास्त्री चार्ल्स बार्क्ला ने पता लगाया कि
एक्स-रे को गैसों द्वारा विखेरा जा सकता है और यह भी कि प्रत्येक तत्व में एक
अभिलाक्षणिक एक्स-रे होती है। उन्हें अपनी खोज के लिए भौतिकी में 1917 का नोबेल
पुरस्कार प्राप्त हुआ। मैक्स वॉन लौए, पॉल निपिंग और वॉल्टर
फ्रेडरिच ने 1912 में पहली बार क्रिस्टलों द्वारा एक्स-रे के विवर्तन को देखा था।
पॉल पीटर एवाल्ड, विलियम हेनरी ब्रैग और विलियम लॉरेंस ब्रैग
के आरंभिक कार्यों के साथ इस खोज ने एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी के क्षेत्र को जन्म
दिया। अगले वर्ष विलियम डी. कूलिज ने कूलिज नली का आविष्कार किया जो एक्स-रे की
निरंतर उत्पत्ति की अनुमति देती थीं; इस तरह की नली का
इस्तेमाल आज भी किया जाता है।
चिकित्सीय
प्रयोजनों (विकिरण चिकित्सा के क्षेत्र में विकास करने के लिए) के लिए एक्स-रे के
उपयोग के अग्रदूत इंग्लैण्ड के बर्मिंघम में रहने वाले मेजर जॉन हॉल-एडवर्ड्स थे।
1908 में, एक्स-रे त्वचाशोथ के प्रसार की वजह से उन्हें अपना
बायां हाथ कटवाना पड़ा था। एक्स-रे माइक्रोस्कोप का आविष्कार 1950 के दशक में हुआ
था।
23 जुलाई 1999
को शुरू किए गए चन्द्रा एक्स-रे ऑब्ज़र्वेटरी को ब्रह्माण्ड में बहुत हिंसक
प्रक्रियाओं के खोज की अनुमति दी जा रही है जिससे एक्स-रे की उत्पत्ति होती है।
दृश्य प्रकाश के विपरीत, जो ब्रह्माण्ड का एक
अपेक्षाकृत स्थिर दृश्य है, एक्स-रे का ब्रह्माण्ड अस्थिर है,
यह काले विवरों, गांगेय टक्करों और नवतारों,
न्यूट्रॉन तारों से अलग होते हुए तारों का दर्शन कराता है जो
प्लाज्मा के परतों का निर्माण करते हैं जो तब अंतरिक्ष में विस्फोट पैदा करते हैं।
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