Sự phát hiện tia X, một loại bức xạ vô hình có khả năng xuyên qua các vật thể như mô người, đã thay đổi cuộc chơi khoa học và y học vào cuối thế kỷ 19.
Wilhelm Conrad Röntgen, một nhà khoa học người Đức, tình cờ phát hiện ra tia X (còn được gọi là tia Röntgen) vào tháng 11 năm 1895. Ông thậm chí còn giành được giải Nobel Vật lý đầu tiên cho phát minh đột phá này vào năm 1901.
Phát hiện thú vị này khá “bắt trend” với trào lưu mê tín về ma quỷ và bí thuật nhiếp ảnh của thời Victoria. Tia X có thể “bắt giữ” những gì bình thường bị che giấu, tiết lộ hình ảnh bộ xương người. Mọi người rất thích thú với những “bức chân dung xương”, và các nhiếp ảnh gia đã mở các studio để trưng bày những hình ảnh kỳ lạ về bộ xương.
Tia X được ứng dụng y tế đầu tiên năm 1896 khi bác sĩ người Anh John Francis Hall-Edwards sử dụng công nghệ mới mẻ này tìm ra một mũi kim mắc kẹt trong tay đồng nghiệp. Chẳng mấy chốc, tia X chuyển mình từ một kỹ thuật chụp ảnh mới lạ thành công cụ chẩn đoán thiết yếu trong bệnh viện và phòng khám.
Röntgen là một nhà khoa học cẩn thận, nhưng phát hiện ra tia X là một sự tình cờ khi ông đang làm việc với tia âm cực trong phòng thí nghiệm ở Würzburg, Đức.
Thời gian đầu
Wilhelm Conrad Röntgen sinh ngày 27 tháng 3 năm 1845 tại Lennep, Phổ (nay là một phần của Đức). Cha là một thương gia dệt may người Đức và mẹ là người Hà Lan. Ông là con một và trải qua những năm tháng tuổi thơ ở Apeldoorn, Hà Lan, nơi cha ông điều hành một doanh nghiệp sản xuất vải. Gia đình phải chuyển đi vì vấn đề chính trị ở Phổ.
Röntgen theo học Trường kỹ thuật Utrecht từ năm 1861 đến 1863 nhưng bị đuổi học vì vào hùa vẽ tranh biếm họa trêu chọc giáo viên. Mặc dù điểm số của ông rất tốt, nhưng ông không khai báo với học sinh và kết quả là không tốt nghiệp bằng kỹ thuật. Năm 1865, ông vào học ngành kỹ thuật cơ khí tại Trường Bách khoa Liên bang Thụy Sĩ, nơi ông nhận được bằng kỹ sư cơ khí và sau đó là bằng tiến sĩ vật lý vào năm 1869 với luận án có tên Nghiên cứu về khí.
Giáo sư hướng dẫn của ông là August Kundt, một nhà vật lý thực nghiệm người Đức đã tạo ra Ống Kundt, dụng cụ đo vận tốc âm thanh trong khí. Kundt đã có ảnh hưởng lớn đến hành trình nghiên cứu của Röntgen.
Năm 1870, Röntgen theo Kundt đến Đại học Würzburg, nơi ông làm trợ lý không lương trong thời kỳ vật lý thực nghiệm phát triển mạnh. Vào khoảng thời gian này, nhà toán học người Scotland James Clerk Maxwell đang khám phá bức xạ điện từ và tìm ra cách ánh sáng kết nối với nó. Ông cũng chụp bức ảnh màu đầu tiên vào năm 1861 bằng lý thuyết ba màu của mình, lý thuyết giải thích cách chúng ta nhìn thấy màu sắc thông qua ánh sáng xanh, đỏ và xanh lá cây. Trong khi đó, Samuel Morse phát minh ra điện báo và mã Morse để gửi tin nhắn qua khoảng cách xa, và Alexander Graham Bell đã phát minh ra điện thoại.
Röntgen thực sự bị thu hút bởi công việc của nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz và nhà hóa học người Anh William Crookes. Cả hai đều đang nghiên cứu tia âm cực, về cơ bản là luồng electron vô hình mà bạn có thể nhìn thấy khi dòng điện chạy qua hai điện cực (âm cực và dương cực) trong một ống chân không bằng thủy tinh. Chúng được gọi là tia âm cực vì electron đến từ âm cực (điện cực âm) khi nó bị nóng lên bởi dòng điện, khiến luồng electron phát sáng. Trở lại năm 1869, Johann Wilhelm Hittorf là người đầu tiên nhận thấy những tia này phát sáng màu xanh lục trong thủy tinh của một ống chân không, nhưng ông không nhận ra mình đã tình cờ phát hiện ra tia X trong các thí nghiệm của mình.
Röntgen rất quan tâm đến cách tia âm cực khiến một số vật liệu, chẳng hạn như barium platinocyanide, phát sáng màu xanh lục vàng. Sự tò mò này cuối cùng đã dẫn ông đến khám phá ra tia X.
Phát hiện ra tia X
Đến năm 1895, Röntgen là giáo sư vật lý tại Đại học Würzburg và đang thực sự gặt hái được thành công ở tuổi 50. Trở lại thế kỷ 18 và 19, một số nhà khoa học đã thử nghiệm với điện và ống chân không, đến gần việc tìm ra tia X. Công việc của họ đã đặt nền tảng cho phát hiện lớn của Röntgen.
Năm 1705, nhà khoa học người Anh Francis Hauksbee (1660-1713) đã thử nghiệm với điện tĩnh. Ông đã hút phần lớn không khí ra khỏi một quả cầu bằng thủy tinh và tạo ra ánh sáng bằng cách xoay và chà xát nó. Trong một căn phòng tối, ông nhận thấy một ánh sáng màu xanh tím sáng đến nỗi ông có thể nhìn thấy hình dáng của bàn tay mình trên quả cầu, nhưng ông không biết tại sao nó lại sáng lên. Về cơ bản, ông đã vô tình phát minh ra đèn neon và chứng minh rằng vật liệu điện có thể tạo ra ánh sáng.
Tiến nhanh đến tháng 2 năm 1890, khi nhà vật lý người Mỹ Arthur Willis Goodspeed (1860-1943) chụp ảnh tia X đầu tiên. Ông đang thử nghiệm phóng điện trong ống Crookes (một ống chân không đời đầu) tại Đại học Pennsylvania. Gần đó, các tấm ảnh chưa phơi sáng và đồng xu đã bị chiếu xạ bởi tia X từ ống. Khi Goodspeed nhìn thấy một hình bóng mờ trên một trong những hình ảnh được phát triển, ông nghĩ đó là một lỗi và đã phàn nàn với nhà cung cấp. Ông không nhận ra mình đã thực sự chụp được một bức ảnh tia X về những đồng xu, vì vậy ông đã cất nó đi. Phải đến khi Röntgen công bố bài báo của mình về Một loại tia mới vào ngày 28 tháng 12 năm 1895, Goodspeed mới nhận ra mình đã nhìn thấy tia X gần sáu năm trước đó. Trong một bài phát biểu tại Hiệp hội Triết học Hoa Kỳ vào tháng 2 năm 1896, Goodspeed đã nói:
“Bây giờ, các quý ông, chúng tôi muốn mọi người hiểu rõ rằng chúng tôi không đòi hỏi bất kỳ công lao nào cho những gì dường như là một tai nạn thú vị nhất, nhưng bằng chứng dường như khá thuyết phục rằng hình ảnh bóng tối Röntgen đầu tiên thực sự được tạo ra gần sáu năm trước đây vào tối nay, trong phòng giảng dạy vật lý của Đại học Pennsylvania.” (Goodspeed, 24)
Philipp Lenard (1862-1947), một sinh viên và trợ lý của Heinrich Hertz, đã rất gần với việc tự mình phát hiện ra tia X và sau đó cảm thấy cay đắng khi Röntgen được ghi nhận hết công lao. Ông lập luận rằng các thí nghiệm của ông với tia âm cực đã trực tiếp dẫn đến những phát hiện của Röntgen và khẳng định rằng ông là ‘mẹ của tia X’ vì ông đã phát minh ra ống chân không mà Röntgen sử dụng trong các thí nghiệm của mình. Hertz đã tìm ra rằng tia âm cực có thể xuyên qua lá kim loại mỏng.
Sau đó, vào năm 1892, Lenard đã tạo ra một ống thủy tinh tốt hơn có cửa sổ nhôm ở cuối – được gọi là Cửa sổ Lenard. Nó cho phép tia âm cực thoát ra để có thể được nghiên cứu bên ngoài ống. Ông phủ một lớp hóa chất có tên là ketone lên một tấm kính và nhận thấy rằng tia âm cực làm tối một phần tấm kính từ khoảng cách 8 cm, trong khi các khu vực khác sáng lên. Điều này cho thấy rằng tia âm cực có đủ năng lượng để tạo ra ánh sáng nhìn thấy được, nhưng Lenard không nhận ra mình đang nhìn thấy một loại tia khác.
Röntgen đã nghe về công việc của Lenard và muốn tự mình thử. Họ trao đổi thư từ và Röntgen đã đặt mua ketone, nhưng phải mất một thời gian để nó được chuyển đến. Thay vào đó, ông đã sử dụng barium platinocyanide, vốn được biết là huỳnh quang dưới ánh sáng cực tím. Sự thay đổi này, cùng với những quan sát cẩn thận và những thử nghiệm lặp đi lặp lại của Röntgen, có thể là lý do tại sao ông được công nhận là người phát hiện ra tia X, không giống như các nhà khoa học trước đó đã vô tình nhìn thấy bức xạ vô hình.
Vào buổi tối ngày 8 tháng 11 năm 1895, trong phòng thí nghiệm mờ tối của mình tại Đại học Würzburg, Röntgen đã bọc một ống chân không bằng bìa cứng màu đen và truyền dòng điện tốc độ cao từ âm cực đến dương cực. Bọc phủ đã chặn mọi ánh sáng phát ra từ ống. Một tấm ván được phủ barium platinocyanide phát sáng màu vàng lục nhạt, khiến Röntgen nhận ra rằng các tia từ ống đã gây ra hiện tượng phát quang.
Ông đã say sưa làm việc đến nỗi ông đã tự nhốt mình trong phòng thí nghiệm, thậm chí còn ngủ lại đó. Trong vài tuần tiếp theo, ông đã chụp những bức ảnh tia X, nổi tiếng nhất là ảnh bàn tay vợ mình, được gọi là Hand mit Ringen (Bàn tay đeo nhẫn), được chụp vào tháng 12 năm 1895. Anna Bertha Röntgen, người ông kết hôn vào năm 1872, là người đầu tiên chụp tia X và bạn có thể nhìn thấy chiếc nhẫn cưới của bà và xương ở bàn tay của bà. Sau khi xem tia X, bà nhận xét rằng bà cảm thấy như đang nhìn thấy cái chết.
Tia X Y Tế Đầu Tiên
Vì vậy, trong khi chúng ta thường gọi chúng là tia X (với ‘X’ đại diện cho một cái gì đó chưa biết trong toán học), vào thời điểm chúng được phát hiện lần đầu tiên, mọi người thường gọi chúng là tia Röntgen. Röntgen đã chứng minh rằng những tia này có thể xuyên qua các vật thể như thủy tinh, giấy, kim loại và thậm chí cả mô người. Nhưng không phải ai cũng tin – nhà vật lý người Anh Lord Kelvin nghĩ rằng đó là một trò lừa đảo và đã nói ngay lập tức. Ngoài ra còn có một số tranh cãi về việc ai thực sự là người phát hiện ra tia X đầu tiên. Một người, Philipp Lenard, đã đặc biệt tức giận vì ông tin rằng mình xứng đáng được ghi nhận cho khám phá này. Ông đã gửi cho Röntgen một ống chân không thủy tinh đặc biệt và chia sẻ những thông tin quan trọng từ các thí nghiệm của riêng mình về tia âm cực vào năm 1892. Lenard tuyên bố rằng nếu không có sự giúp đỡ của ông, Röntgen sẽ không thể đạt được khám phá đột phá của mình.
Mọi chuyện trở nên căng thẳng hơn khi Röntgen giành giải Nobel vào năm 1901, điều này chỉ làm tăng thêm sự cay đắng của Lenard. Sự phẫn uất của ông kéo dài đến những năm 1930, đặc biệt là khi ông tham gia vào chủ nghĩa quốc gia Đức và chủ nghĩa bài Do Thái. Mặc dù Lenard cũng giành được giải Nobel vào năm 1905 cho công trình của mình về tia âm cực, nhưng ông vẫn cố gắng hạ thấp thành tựu của Röntgen. Chế độ Quốc xã đã ủng hộ tuyên bố của Lenard rằng Röntgen thực sự chưa phát hiện ra thứ mà ông gọi là tia tần số cao.
Chân Dung Xương & Tác Hại
Tia X ban đầu được xem là một loại nhiếp ảnh mới tuyệt vời thực sự thu hút sự chú ý của công chúng thời Victoria. Bởi vì tia X có thể nhìn xuyên qua quần áo và phác thảo cơ thể người, mọi người đã bắt đầu lo lắng về sự khiêm tốn và quyền riêng tư. Trong một ấn bản năm 1896 của Electrical World, một công ty ở London thậm chí còn tiếp thị đồ lót bằng chì như một biện pháp bảo vệ. Nhưng điều đó không ngăn cản các studio ảnh và hội chợ thu lợi từ xu hướng tia X năm 1896. Mọi người đều háo hức được chụp những bức ảnh về bộ xương của mình, với “Hand mit Ringen” là bức chân dung xương được biết đến đầu tiên.
Họ thậm chí còn chụp tia X cho xác ướp Ai Cập không được bọc! Một số nhà tâm linh bất lương đã lợi dụng sự nhầm lẫn của công chúng về công nghệ mới, đặc biệt là sự nhầm lẫn giữa tia âm cực và tia X. Họ đã sử dụng những mánh khóe khéo léo để khiến cho việc xuất hiện bộ xương ma quái trong ảnh thực sự là những người thân đã khuất của họ.
Ban đầu, các bác sĩ đã đưa bệnh nhân đến gặp nhiếp ảnh gia trước khi ai đó nhận ra tia X có thể hữu ích như thế nào cho việc chẩn đoán. Tuy nhiên, đến năm 1898, sự quan tâm đã giảm bớt và công nghệ tia X chuyển sang lĩnh vực y tế, với các bệnh viện bắt đầu cung cấp điều trị. Người Mỹ Émil Grubbé có thể là bác sĩ ung thư đầu tiên, điều trị một bệnh nhân ung thư vú bằng bức xạ trong một giờ vào năm 1896.
Khi bước sang những năm đầu thế kỷ 20, những tác hại của phơi nhiễm bức xạ trở nên rõ ràng, với các báo cáo về bỏng và ngứa da (mà họ gọi là viêm da tia X). Trợ lý của Thomas Edison, Clarence Dally, phải đối mặt với tình trạng bàn tay sưng tấy và bong da sau tám năm tiếp xúc với tia X. Sau khi nghe về khám phá của Röntgen, Edison đã thử nghiệm với tia X và tạo ra máy đo huỳnh quang, một thiết bị cho phép nhìn thấy các cơ quan nội tạng chuyển động giống như phim. Ông đã ngừng thử nghiệm khi Dally phải cắt bỏ cả hai cánh tay do tổn thương phóng xạ. Đáng buồn thay, Dally đã qua đời vì ung thư vào năm 1904 ở tuổi 39.
Vua Tia X
Một nhà tiên phong khác, Hall-Edwards, đã mất cánh tay trái và bốn ngón tay ở tay phải do các vấn đề về phóng xạ. Émil Grubbé cũng bị ung thư liên quan đến phóng xạ, trải qua hơn 90 cuộc phẫu thuật để chữa trị bỏng nặng và biến chứng trước khi ông qua đời. Phải đến năm 1921, các quy định an toàn mới được ban hành ở Anh và Hoa Kỳ, nhưng nhiều nhà đổi mới tia X thời kỳ đầu đã chết. Chính Röntgen đã qua đời vì ung thư ruột không lâu sau đó, vào tháng 2 năm 1923.
Ngày nay, chúng ta biết rằng một số loại bức xạ có thể ảnh hưởng đến ADN và khiến tế bào ung thư phát triển nhanh chóng. Nhưng vào những năm 1920 đến giữa những năm 1950, các cửa hàng giày dép thường có một dụng cụ tự động có tên Foot-O-Scope. Nó sử dụng tia X để hiển thị hình ảnh xương bàn chân của trẻ em và hình dạng giày của chúng, giúp cha mẹ xác định xem giày có vừa chân hay không. Ở Anh, nó được gọi là Pedoscope và hoạt động bằng cách đo huỳnh quang. Nhân viên bán hàng sẽ bị chiếu xạ từ máy nhiều lần một ngày. Đến năm 1950, có khoảng 10.000 máy móc như vậy hoạt động ở Hoa Kỳ mà không có bất kỳ quy định nào. Sau đó, vào năm 1957, Pennsylvania trở thành bang đầu tiên cấm máy đo huỳnh quang cho giày dép. Điều thú vị là máy đo huỳnh quang cũng được sử dụng trong Thế chiến thứ nhất để chụp tia X cho bàn chân của binh lính mà không cần cởi giày.
Những Năm Cuối Đời Của Röntgen
Wilhelm Conrad Röntgen không phải là người thích ánh đèn sân khấu. Ông đã bỏ qua lễ trao giải Nobel năm 1901 và không quan tâm đến việc cấp bằng sáng chế cho phát minh của mình, tin rằng công nghệ tia X nên được tiếp cận với mọi người. Thay vào đó, ông đã quyên góp tiền thưởng Nobel của mình – khoảng 40.000 USD – cho Đại học Würzburg. Ông đã khá giả về mặt tài chính nhờ doanh nghiệp dệt may của cha mình.
Năm 1900, Röntgen nhận chức tại Đại học Munich, nơi ông dẫn dắt khoa vật lý thực nghiệm cho đến khi nghỉ hưu vào năm 1920. Đáng buồn thay, vợ ông, Anna Bertha, đã qua đời vào năm 1919 sau một thời gian dài ốm đau. Sau đó, vào năm 1921, lạm phát phi mã đã tấn công Đức và Röntgen đã mất một phần tài sản của mình. Ông thậm chí còn yêu cầu trong di chúc của mình rằng phần lớn các ghi chú và thư từ của phòng thí nghiệm của ông bị tiêu hủy, điều này khiến bạn tự hỏi liệu ông có lo lắng về những tin đồn liên quan đến việc ai thực sự là người phát hiện ra tia X.
Nikola Tesla, nhà phát minh người Mỹ gốc Serbia, tuyên bố rằng ông đã làm việc với tia X (mà ông gọi là bóng mờ) từ đầu những năm 1890. Tuy nhiên, một đám cháy tại phòng thí nghiệm của ông ở New York vào tháng 3 năm 1895 đã thiêu rụi các ghi chú và ảnh của ông, vì vậy không có cách nào để hỗ trợ tuyên bố của mình. Röntgen cũng phải đối mặt với sự ghen tuông của Philipp Lenard, vì vậy có thể ông muốn giữ bí mật hồ sơ cá nhân của mình khỏi rơi vào tay đối thủ cạnh tranh hoặc bị lạm dụng.
Bất kể lý do của ông là gì khi muốn tiêu hủy các tài liệu khoa học của mình, lịch sử đã chứng minh rằng vào năm 1895, Wilhelm Conrad Röntgen đã tình cờ phát hiện ra một loại tia hoàn toàn mới trong phòng thí nghiệm tối tăm của mình, thay đổi hình ảnh y tế mãi mãi.
